CS274521B1 - Device for lignocellulosic material continuous treatment - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení pro kontinuální zpracování lignocelulózového materiálu za vzniku pentóz, ligninu a celulózy za použití dvoustupňové tlakové hydrolýzy.

Doposud nebyl znám způsob kontinuálního bydrolytického zpracování lignocelulózového materiálu a separace vzniklých produktů a tedy není známo ani zařízení pro takovýto způsob zpracování. Je znám hydrolytický způsob štěpení lignocelulózového materiálu za účelem získání krmivá, kdy je nutno přidávat alkalie nebo kyseliny za účeleme usnadnění hydrolýzy. Také je znám kontinuální způsob hydrolýzy lignocelulózového materiálu ostrou parou. Všechny tyto známé způsoby se realizují na zařízeních, která jsou tvořena dezintegrační linkou směšovacím zařízením, jedním nebo více hydrolyzéry, popřípadě expandérem. Nevýhodou těchto používaných zařízení je jejich energetická náročnost a také i vysoká spotřeba alkálií nebo kapalin. Další nevýhodou je, že získaná směs látek je vhodná pouze ke krmným účelům. Žádné z těchto zařízení neumožňuje separaci jednotlivých složek.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro kontinuální zpracování lignocelulózového materiálu za vzniku pentóz, ligninu a celulózy podle vynálezu. Toto zařízení sestává z dezintegrační linky, jejíž výstup je připojen na směšovací zařízení, tvořené směšovacím podávačem a zásobníkem suspenze, opatřeným vyhrívacím zařízením, ze dvou tlakových hydrolyzérů a expandéru. Podstatou vynálezu je, že ke spodní části zásobníku suspenze je připojen plnicí lis, na který je dále napojen první hydrolyzér, propojený přes převáděcí lis s druhým hydrolyzérem, který je napojený na výtlačný lis. Tento výtlačný lis ústí do atmosférického expandéru, spojeného šnekem se zásobníkem expandované suspenze. Na zásobník expandované suspenze je připojeno propírací zařízení, které je napojeno jednak na zásobník celulózy se šnekovým podávačem a jednak přes odparku a sušící zařízení na zásobník ligninu. Zároveň je výstup kapaliny plnícího lisu napojen na zásobník suspenze. Výstup kapaliny z převáděcího lisu je spojen s odpařovací expanzní stanici. Výstup této odpařovací expanzní stanice je spojen se zásobníkem zahuštěného roztoku cukrů. Výstup kapaliny z výtlačného lisu ústi přes druhé oběhové čerpadlo a přes druhý výměník tepla do druhého hydrolyzéru. Výstup páry z atmosférického expandéru je přes výměník zásobníku suspenze napojen na okruh technologické vody. Výstup páry z odpařovací expanzní stanice ústí přes kondenzátor do zásobníku technologické vody. Výstup zásobníku technologické vody je propojen přes tlakové čerpadlo se zásobníkem suspenze. Výstup zásobníku technologické vody lze také propojit přes první oběhové čerpadlo a přes první výměník tepla s prvním hydrolyzérem. Výstup kapaliny z plnicího lisu lze spojit také se zásobníkem technologické vody a výstup kapaliny z převáděcího lisu lze napojit přes první oběhové čerpadlo a první výměník tepla na první hydrolyzěr. S výhodou lze. přívod kapaliny z prvního výměníku tepla umístit za plnicí lis a přívod.kapaliny z druhého výměníku tepla za převáděcí lis.

Výhodou zařízení pro kontinuální zpracování lignocelulózového materiálu za vzniku pentóz, ligninu a celulózy je, že komplexně řeší způsob tohoto zpracování dvoustupňovou tlakovou hydrolýzou. Tento způsob je vysoce účinný a energeticky vyvážený. Zařízení má oproti dosud známým .diskontinuálním zařízením daleko menší rozměry. Získané výsledné produkty mají vysokou užitnou hodnotu.

Příklad uspořádání zařízení podle vynálezu je schematicky naznačen na připojeném výkrese.

Zařízení sestává z dezintegrační linky 19. Ta je zde tvořena podávacím zařízením _1> na jehož výstupu je umíštěn magnetický separátor 2. Magnetický separátor 2 je spojen například pomocí transportéru a prstového vkládače s řezačkou 1 slámy, která je výfukovým potrubím spojena.se zásobníkem £ řezanky. Zásobník 2 řezanky je vybaven regulačním, zařízením, které je napojeno na úderový mlýn 2, spojený se zásobníkem 6 vstupní sušiny. Ve spodní části zásobníku £ vstupní sušiny je umístěno dávkovači zařízení, které je napojeno na směšovací podávač 7_. Výstup směšovacího podávače 2 je připojen na zásobník 9. ^sus~ penze, který je vybaven vyhrívacím zařízením. Zásobník 9_ suspenze je propojen spodní částí s plnicím lisem 10. Na plnicí lis 10 navazuje první hydrolyzér 11, který je přes převáděcí lis 12 spojen s druhým hydrolyzérem 13, který je napojen na výtlačný lis 14.

CS 274 521 01

Výtlačný lis 14 ústí do atmosférického expandéru 15, který je šnekem ve své spodní části spojen se zásobníkem 16 expandované suspenze. Zásobník 16 expandované suspenze je spojen přes propírací zařízení 40 s extrakčním zařízením 41. Toto extrakční zařízení 41 je napojeno jednak na zásobník 50 celulózy se šnekovým podávačem a jednak přes odparku 42 a sušicí zařízení 43 na zásobník 44 ligninu. Výstup kapaliny z převáděcího lisu 12 je spojen s odpařovací expanzní stanicí 24. Výstup odpařovací expanzní stanice 24 je napojen na zásobník 31 zahuštěného roztoku cukrů. Výstup kapaliny z výtlačného lisu 14 ústí přes druhé oběhové čerpadlo 27 a přes druhý výměník 29 tepla do druhého hydrolyzérů 13. Výstup páry z π linourúrir.kúho expandéru 15 je přes výměník zásobníku 9 suspenze napojen na nkriili I.ccIhkilogické vody. Výstup páry z odpařovací expanzní stanice 24 ústí přes kondenzátor 2j do zásobníku 2 technologické vody. Výstup zásobníku 2 technologické vody je v tomto příkladě propojen přes tlakové čerpadlo 18 se směšovacím podávačem T. a se zásobníkem 2 suspenze, dále přes první oběhové čerpadlo 26 a první výměník 28 tepla s prvním hydrolyzérem 11 a přes druhé čerpadlo 27 a druhý výměník 29 tepla s druhým hydrolyzérem 13. V tomto případě je na zásobník 2 technologické vody napojen i výstup kapaliny z plnicího lisu 10 a výstup kapaliny z převáděcího lisu 12 jo přes první oběhové čerpadlo 26 a první výměník 28 tepla napojen na první hydrolyzér 11.

První a druhý výměník 28 a 29 tepla lze vytvořit například ve formě dvěma topnými okruhy.

trubkové pece se

Zařízení ve své konkrétní podobě má ještě zařazeno první a druhé odstředivé čerpadlo 22 a 23, a to první mezi odpařovací expanzní stanicí 24 a zásobník 2 technologické vody a druhé mezi odpařovací expanzní stanicí 24 a zásobník 31 zahuštěného roztoku cukrů. Také lze použít třetí odstředivé čerpadlo 20, které je zařazeno mezi kondenzátor 21 a zásobník 2 technologické vody, a to přes chladicí věž 38.

Toto zařízení pracuje následujícím způsobem. Volně ložená základní vstupní surovina, například kukuřičné oklasky, sláma, piliny, je 0rapákovým jeřábem dopravována k podávacímu zařízení 2. na jehož výstupu je umístěn magnetický separátor 2, odkud postupuje lignocelulózový materiál pomocí transportéru a prstového vkládače k řezačce slámy 2· Z ní je doprava řezanky o délce 8 až 10 mm vedena výfukovým potrubím do zásobníku řezanky 4_> který je opatřen pro plynulý přísun lignocelulózového materiálu regulačním zařízením. Odtud je vedena na úderový mlýn 2, ve kterém dochází k rozmělnění řezanky na částečky 2 až 5 mm, které jsou pneumaticky dopravovány do zásobníku 2 vstupní sušiny, odkud je prováděn plynulý přísun do směšovacího podávače T_. Tento plynulý přísun zajištuje dávkovači zařízení umístěné ve spodní části zásobníku 2 vstupní sušiny. Ve směšovacím zařízení 2 ^{a v} zásobníku £ suspenze je vstupní sušina smíchávána s vodou ve hmotovém poměru 1:5 až 1:12, přiváděnou ze zásobníku 2 technologické vody. V zásobníku 2 suspenze je suspenze ohřívána do teploty 100 °C odpadním teplem z atmosférického expandéru 25. Takto upravená a ohřátá suspenze je vedena plnícím lisem 10 do prvního hydrolyzérů 11, přičemž dochází v plnícím lisu 10 k odlisování vody na hmotový poměr sušiny k vodě nižší, než 1:(0,4 až 0,6) a k vytvoření zátky lignocelulózového materiálu, bránící zpětnému průniku kapaliny z prvního hydrolyzérů 11 zpět do zásobníku 2 suspenze. V případě poruchy uzavře průnik automatická kuželka. Odlisovaná voda je čerpána zpět do zásobníku 2 suspenze. Vstupní zátka lignocelulózového materiálu je v prvním hydrolyzérů 11 rozrušována a suspenze lignocelulózového materiálu je ohřívána topnou tlakovou recirkulující kapalinou. V prvním hydrolyzérů 21 je řízen ohřev při zpracování hemicelulóz na cukerné hydrolyzáty od 100 °C do 125 °C.

Z prvního hydrolyzérů 11 přechází suspenze přes převáděcí lis 12 do druhého hydrolyzérů 13 odkud je suspenze výtlačným lisem 14 vtlačována do atmosférického expanderu 15 k expanzi. Vstupní lignocelulózový materiál tvoří v plnicím lisu 22., převáděcím lisu 12 a výtlačném lisu 14 pevnou zátku, která zabraňuje zpětnému úniku kapaliny z tlakových zón prvního a druhého hydrolyzérů 11 a 12· Vstupní zátky jsou rozrušovány kontinuálním recyklujícím nástřikem topné tlakové kapaliny. Vstupní zátka v prvním hydrolyzérů 11 je rozrušena tlakovou technologickou vodou v prvním výměníku 28 tepla. Vstupní zátka ve druhém

CS 274 521 B1 hydrolyzéru 13 je rozrušena tlakovou kapalinou získanou z výtlačného lisu 14 a předehřátou vc druhém výměníku 29 tepla. Tlaková kapalina z převáděcího lisu 12 je odváděna na odpařovací expanzní stanici 24 na zahuštění směsi pentóz, odkud jde do zásobníku 31 zahuštěných cukrů. Pára z odpařovací expanzní stanice 24 zkondenzuje v kondenzátoru 21 a vrací se do zásobníku 2 technologické vody.

Suspenze lignocelulózového materiálu je z výtlačného lisu 14 expandována do atmosférického expanderu 15, odkud je šnekem vyhrnována do zásobníku 16 expandované suspenze a je vedena do propíracího zařízení 40 a dále na extrakční zařízení 41. kde dochází k převedení ligninu do roztoku. Lignin postupuje dále na odparku 42, sušící zařízení 43 a do zásobníku ligninu 44.

Celulóza přechází do zásobníku 50, odkud je například dávkována do bio-reaktoru, do kterého je současně průběžně dávkován enzym celuláz Trichoderma viride z propagačního zařízení. Hydrolyzát cukerného sirupu postupuje na centrifugu a dále na membránovou filtraci a kolonovou chromatografii, následně na odparku a do zásobníku čistých cukrů.

Rozklad celulózy adsorbovanou celulázou na nosiči v koloně by koncový uzel zjednodušoval a ekonomizoval.

Třetí odstředivé čerpadlo 20 čerpá chladící vodu přes kondenzátor 21 na chladicí věž 38, z které nasává ochlazenou vodu. Z uvedeného okruhu se hradí úbytek technologické vody, která je doplňována novou průmyslovou vodou. Tlakové čerpadlo 18 plní funkci doplňování technologické vody do obou okruhů.

První odstředivé čerpadlo 22 odtahuje brýdový kondenzát z odpařovací expanzní stanice 24 do zásobníku 2 technologické vody. Druhé odstředivé čerpadlo 23 odčerpává zahuštěné cukry z odpařovací expanzní stanice 24 k dalšímu zpracování.

První a druhé oběhové čerpadlo 26 a 27 udržuje potřebný tlak v topných okruzích prvního a druhého výměníku 28 a 29 tepla.

Dobu reakce, teplotu a tlak je možno řídit množstvím, průtokem a teplotou topné tlakové vody - kapaliny.

Claims (6)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zařízeni na kontinuální zpracování lignocelulózového materiálu za vzniku pentóz, ligninu a celulózy, sestávající z dezintegrační linky, jejíž výstup je připojen na směšovací zařízení, tvořené směšovacím podávačem a zásobníkem suspenze, opatřeným vyhřívacím zařízením, ze dvou tlakových hydrolyzérů a expandéru, vyznačující se tím, že ke spodní části zásobníku (9) suspenze je připojen plnicí lis (10), na který navazuje první hydrolyzér (11), propojený pres převáděcí lis (12) s druhým hydrolyzérem (13), napojeným na výtlační lis (14), který ústí do atmosférického expandéru (15), spojeného šnekem se zásobníkem (16) expandované suspenze, na který je přes propírací zařízení (40) napojeno extrakční zařízení (41), které je napojeno jednak na zásobník (50) celulózy se šnekovým podávačem a jednak pres odparku (42) a sušicí zařízení (43) na zásobník (44) ligninu, zároveň je výstup kapaliny plnicího lisu (10) napojen na zásobník (9) suspenze, výstup kapaliny z převáděcího lisu (12) je spojen s odpařovací expanzní stanicí (24), jejíž výstup je spojen se zásobníkem (31) zahuštěného roztoku cukrů, výstup kapaliny z výtlačného lisu (14) ústí přes druhé oběhové čerpadlo (27) a přes druhý výměník (29) tepla do druhého hydrolyzéru (13), výstup páry z atmosférického expandéru (15) je přes výměník zásobníku (9) suspenze napojen na okruh technologické vody, výstup páry z odpařovací expanzní stanice (24) přes kondenzátor (21) ústí do zásobníku (8) technologické vody, jehož výstup je propojen přes tlakové čerpadlo (18) se zásobníkem (9) suspenze.
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že výstup zásobníku (8) technologické voCS 274 521 01 dy je propojen přes první oběhové čerpadlo (26) a první výměník (28) tepla s prvním hydrolyzérem (11).
3. 3. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že výstup kapaliny z plnicího lisu (10) je spojen se zásobníkem (8) technologické vody.
4. 4. Zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že výstup kapaliny z převáděcího lisu (12) je přes první oběhové čerpadlo (26) a první výměník (28) tepla napojen na první hydrolyzér (11).
5. 5. Zařízení podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že přívod kapaliny z prvního výměníku (28) tepla je umístěn za plnicím lisem (10).
6. 6. Zařízení podle bodů 1 až 4,’ vyznačující se tím, že přívod kapaliny z druhého výměníku (29) tepla je umístěn za převáděcím lisem (12).